Bioelectroplast Bioplastik mit Mikroben aus Rauchgas und Strom fertigen

Mit einem ressourcenschonenden Verfahren stellen Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie Bioplastik her. In dem Projekt „Bioelectroplast“ setzen sie Mikroorganismen ein, die aus Rauchgas, Luft sowie Strom aus erneuerbaren Quellen das Polymer Polyhydroxybuttersäure produzieren.

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KIT Karlsruher Institut für Technologie

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Mit dem Wunsch der Verbraucher nach nachhaltigen Erzeugnissen wächst auch die Nachfrage nach Bioplastik, z.B. für Einwegbecher, Verpackungen oder Abfallbeutel. Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickeln deshalb ein ressourcenschonendes und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von Bioplastik: In dem vom Bundesforschungsministerium geförderten Projekt „Bioelectroplast“ setzen sie Mikroorganismen ein, die aus Rauchgas, Luft sowie Strom aus erneuerbaren Quellen das Polymer Polyhydroxybuttersäure produzieren. Der Prozess der mikrobiellen Elektrosynthese eröffnet auch für die Zukunft weitere Perspektiven – etwa, um Biokraftstoff herzustellen oder Strom aus regenerativen Quellen in Form chemischer Produkte zu speichern.

Das Projekt, das unter Leitung von Prof. Johannes Gescher am Institut für Angewandte Biowissenschaften (IAB) des KIT koordiniert wird, zielt auf ein Verfahren zur Herstellung von Bioplastik, das Ressourcen schont und Kosten spart. Darüber hinaus ist „Bioelectroplast“ darauf ausgerichtet, das Treibhausgas CO₂ als günstigen, überall verfügbaren Rohstoff zu verwenden sowie erneuerbare Energien einzukoppeln.

Mikroorganismen produzieren Polymere

Die Wissenschaftler bauen dabei auf eine relativ neue Technologie – die mikrobielle Elektrosynthese. Vor rund sechs Jahren beschrieben Forscher in den USA erstmals, wie bestimmte Mikroorganismen auf einer Kathode wachsen, dabei CO₂ fixieren und die Kathode als alleinige Energie- und Elektronenquelle nutzen. Ein chemischer Prozess dagegen verlangt hohe Drücke und Temperaturen, das heißt einen hohen Energieeinsatz, sowie teure Katalysatoren. Bisher wurden mit der mikrobiellen Elektrosynthese meist Acetate – Salze der Essigsäure – produziert.

„Wir haben den Prozess dahingehend optimiert, dass wir den Mikroorganismen mehr Energie zur Verfügung stellen, sodass sie komplexere Moleküle – zum Beispiel Polymere – produzieren können“, erklärt Johannes Eberhard Reiner vom KIT. „Dazu mischen wir das CO₂ mit Luft. Die Mikroorganismen können dann den Sauerstoff als Elektronenakzeptor nutzen. Das ist dem menschlichen Atmungsprozess recht ähnlich, bei dem der Sauerstoff ebenfalls als Empfänger von Elektronen dient. Bei uns Menschen kommen die Elektronen natürlich nicht von einer Kathode, sondern werden durch die Verstoffwechselung der aufgenommenen Nahrung in den Zellen freigesetzt und dort dann zur Energiegewinnung auf Sauerstoff übertragen.“

Treibhausgase reduzieren und landwirtschaftliche Produkte schonen

Die Forscher setzen einen neu isolierten Mikroorganismus, der sich ständig selbst regeneriert, als Biokatalysator ein und greifen auf Rauchgas als CO₂-Quelle zurück. Damit erreichen sie nicht nur eine Reduktion des Treibhausgases, sondern schonen auch andere Quellen für organischen Kohlenstoff, die üblicherweise als biotechnologische Substrate dienen, wie landwirtschaftliche Produkte. Das vermeidet eine Konkurrenz zur Nahrungs- und Futtermittelherstellung. Die für den „Bioelectroplast“-Prozess erforderliche elektrische Energie beziehen die Wissenschaftler aus regenerativen Quellen.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt mit seiner Initiative „CO₂-Plus – Stoffliche Nutzung von CO₂ zur Verbreiterung der Rohstoffbasis“. Das Projekt startete im September dieses Jahres und ist auf drei Jahre angelegt. Partner sind neben dem IAB der Lehrstuhl für Wasserchemie und Wassertechnologie von Prof. Harald Horn am Engler-Bunte-Institut (EBI) und die Gruppe Bioprozesstechnik und Biosysteme unter Leitung von Prof. Andreas Dötsch am Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG) des KIT sowie die Universität Freiburg und die EnBW AG. Die Forscher wollen ihre Reaktoren direkt im Kohlekraftwerk von EnBW am Rheinhafen Karlsruhe testen und dabei die Abgase des Kraftwerks nutzen. (kj)

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